Современные конструкции предохранительных клапанов
Клапаны пружинные предохранительные ППК (рисунок 5зк) предназначены для нефтяных жидких и газообразных некоррозионных сред с температурой не более 350 °С. После проведенных исследований воздействия температуры среды на пружину, температура среды может быть повышена до 450і°С. В системе с противодавлением температура среды противодавления не должна превышать 200 °С.
1 — корпус; 2 — сопла; 3 — нижняя регулировочная втулка; 4, 5 — стопорный винт; 6, 19, 25, 29 — прокладка; 7- верхняя регулировочная втулка;
8 — подушка; 9 — золотник; 10 — направляющая втулка; 11 — специальная гайка; 12 — перегородка; 13 — крышка; 14 — шток; 15 — пружина; 16 — опорная шайба; 17 — регулировочный винт; 18 — контргайка; 20 — колпак;
21 — кулачок; 22 — направляющая втулка; 23 — гайка; 24 — заглушка;
25 — кулачковый вал; 27 — шпонка; 28 — рычаг; 30 — шарик.
Рисунок 5зк. Пружинный предохранительный клапан типа ППК
Клапан — полноподъемный; высокий подъем золотника достигается использованием кинетической энергии и реакции потока, выходящего с большой скоростью из сопла. Для этого клапан снабжен верхней и нижней регулировочными втулками, которые фиксируются в определенном положении стопорными винтами. Правильная посадка золотника на седло создается направляющей втулкой. Высокий золотник, опущенная почти на уровень уплотнительных поверхностей точка контакта штока с золотником и определенное направление штока в разделительной перегородке обеспечивают работу клапана без перекосов золотника. Разделительная перегородка предохраняет пружину клапана от действия повышенных температур при сбросах среды. Пружину настраивают на требуемое давление регулировочным винтом. Набор сменных пружин обеспечивает бесступенчатую регулировку клапана на заданный диапазон установочных давлений. Шток и золотник связаны через шарик из закаленной стали. Это устройство обеспечивает самоцентровку штока вне зависимости от положения пружины.
Для контрольной продувки во время эксплуатации в клапане предусмотрен рычажный механизм.
Клапаны специальные пружинные предохранительные СППК конструктивно выполнены на базе клапанов ППК. Они не имеют рычага для контрольной продувки, и вместо разделительной перегородки в них установлен специальный разделитель с ребрами охлаждения, который защищает пружину от действия высокой температуры.
В зависимости от коррозионной активности и температуры среды, клапаны изготовляют в трех вариантах: из углеродистой стали марок 25Л и 20Л для некоррозионных сред с температурой не выше 450 °С; из хромомолибденовой стали марки Х5М-Л для сред среднекоррозионной активности с температурой не более 550 °С; из хромоникелевой стали марки 1Х18Н9Т для коррозионных сред с температурой не более 600 °С.
Материал уплотнительных поверхностей сопла и золотника клапана — стеллит или сормайт.
Пружинный предохранительный клапан типа СППК4-200-16 (рисунок 6зк) — закрытый, без рычага для контрольной продувки. Корпус клапана выполнен из углеродистой стали, угловой фланцевый. Конический проточный канал приемного патрубка обеспечивает плавный переход от- проходного сечения фланца к соплу клапана. На выходе из конической части приемный патрубок имеет резьбовое гнездо с притертым пояском для герметичного крепления сопла. Стенка гнезда выступает над днищем камеры корпуса, предотвращая попадание сконденсировавшейся среды к уплотнительному пояску и резьбе гнезда и тем самым — возникновение коррозии в соединении.
1 — корпус; 2 — сопло; 3 — нижняя регулировочная втулка; 4 — золтник;
5 — направляющая втулка; б — крышка; 7 — пружина
Рисунок 6зк – Предохранительный клапан типа
СППК4-200-16
Сопло клапана из стали 3X13 имеет резьбу. Для герметизации соединения сопла с корпусом на его наружной цилиндрической поверхности предусмотрен фланец с уплотнительным пояском, обработанным до высокого класса чистоты поверхности. Проточный канал сопла — цилиндрический с конической входной кромкой, сделанной под углом приблизительно 7,5° для плавного перехода от конфузорной части приемного патрубка корпуса.
В отличие от ранее рассмотренных конструкций запорную тарелку клапана изготовляют с коническим отбойником по периферии. Для максимального приближения точки приложения нагружающего усилия к уплотнительным поверхностям направляющий выступ тарелки имеет внутреннюю полость, и опорный конус штока садится на подушку в самой нижней точке этой полости, что способствует устойчивому положению тарелки при открытом клапане и облегчает ее перемещение при посадке на седло сопла.
Технологические параметры клапана регулируют кольцом, навинченным на сопло. На кольце сверху имеется узкий плоский поясок. При свинчивании кольцо приближается к торцовой плоскости тарелки. Регулируя зазор между плоскостями пояска кольца и торца тарелки, можно в широких пределах регулировать давление полного открывания клапана и давление его закрывания, т. е. величину продува. Нагружающая система клапана такая же, как и серийно выпускаемых. Набор пружин клапана обеспечивает плавное регулирование установочного давления в пределах 0,5…16 кгс/см2.
Клапаны пружинные предохранительные ППКДМ
Для устранения указанного явления предохранительный клапан ППКДМ снабжают диафрагмой и мягким уплотнением (рисунок 7зк). Диафрагма 5 из бензостойкой резины с внутренней прослойкой из натурального шелка зажимается между корпусом 1 и крышкой 10, герметично отделяя пружину 8 от контакта со сбрасываемой средой. Для предохранения диафрагмы от чрезмерных деформаций (при действии противодавления) служит кольцо 16 с шайбой 17. Хомут 15, закрепленный на штоке 9 болтом 6, фиксирует диафрагму от продольного смещения по штоку.
В этой конструкции противодавление, действуя на диафрагму, ослабляет силу пружины. Поэтому при регулировке клапана на установочное давление’ необходимо учитывать это обстоятельство и в зависимости от величины противодавления увеличивать регулировочное давление согласно инструкции по монтажу и эксплуатации, прилагаемой к клапану.
Уплотнение »металл по металлу» в этом клапане заменено уплотнением »резина по металлу». Для этого золотник 4 в нижней своей части покрывают бензостойкой полутвердой резиной, которая с седлом 2 из стали 3X13 сохраняет надежное герметичное уплотнение при многократных сбросах среды.
Предохранительные клапаны ППКДМ можно применять при температурах среды от минус 40 °С до плюс 100 оС. Поскольку мягкое уплотнение может воспринимать незначительные удельные давления, клапаны ППКДМ применяют до давления 40 кгс/см2.
1 — корпус; 2 — сопло; 3 — мягкое уплотнение золотника; 4 — золотник; 5 — резиновая диафрагма; 6 — болт хомута; 7 — опорная шайба; 8 — пружина; 9 — шток; 10 — крышка; 11 — регулировочный винт; 12 — колпак; 13 — кулачок; 14 — заглушка; 15 — хомут; 16 — кольцо; 17 — шайба; 18 — направляющая втулка.
Рисунок 7зк – Предохранительный пружинный клапан типа
ППКДМ
Предохранительный клапан
|
PN, кгс/см2 |
||||||
| DNвход/ | 16 | 40 | 63 | 100 | 160 | |
| DNвыход | фланцевое | Фланцевое | Фланцевое | Штуцерно-торцевое | Фланцевое | |
| присоединение | присоединение | присоединение | присоединение | присоединение | присоединение | |
| 25/40 | + | + | + | + | + | + |
| 50/80 | + | + | + | + | - | + |
| 80/100 | + | + | + | + | - | + |
| 100/150 | + | + | + | + | - | + |
| 150/200 | + | + | - | - | - | - |
| 200/300 | + | + | - | - | - | - |
«-» — нет исполнения
Импульсное предохранительное устройство — Википедия
Импульсное предохранительное устройство — устройство, относящееся к предохранительной трубопроводной арматуре и представляющее собой, в общем случае, совокупность двух или более предохранительных клапанов, из которых один (главный), установленный на основной магистрали, ёмкости или резервуаре, оснащён поршневым приводом, а второй (импульсный), с меньшим проходным сечением, служит управляющим элементом. Он открывается по команде от датчика при соответствующем давлении рабочей среды и направляет её в поршневой привод главного ПК.
Импульсный клапан может быть выполнен встроенным в главный или существовать как отдельный (вынесенный) элемент. В первом случае управление ИПУ осуществляется рабочей средой; в конструкции с вынесенным импульсным клапаном для повышения надежности работы последнего часто применяют электромагниты, получающие импульс при превышении давления от электроконтактных манометров, в этом случае при отсутствии электричества или неисправности электромагнитов импульсный клапан работает как ПК прямого действия[1][2].
Как и их менее сложные родственные устройства, предохранительные клапаны, ИПУ применяются для защиты от механического разрушения сосудов и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов при превышении давления. Но для обеспечения больших расходов среды в аварийном режиме иногда приходится устанавливать десятки предохранительных клапанов прямого действия в связи с их недостаточной пропускной способностью. В этих условиях целесообразно использовать ИПУ, они успешно применяются для защиты систем и агрегатов с высокими рабочими параметрами при необходимости сброса больших количеств рабочей среды. Поскольку в ИПУ для управления используется вспомогательная энергия, величина управляющих усилий может быть очень большой, так как она уже не ограничивается размерами клапана. Это усилие может эффективно использоваться как для осуществления четкого срабатывания, так и для обеспечения надежного герметичного перекрытия запорного органа.
ИПУ существенно дороже, чем клапаны прямого действия, но с ростом параметров среды разница в их стоимости быстро сокращается[1].
Рассмотрим принцип действия ИПУ на примере структурной схемы устройства, применяющегося на оборудовании с очень высокими параметрами среды (в данном случае это пар).
Основной предохранительный клапан в рабочем положении заперт паровой средой. Когда клапан закрыт, давление в камере «А» под поршнем (3) равно давлению в камере «В» над поршнем в виду наличия дросселя (1). В трубопроводе сброса пара под золотником (2) устанавливается давление устройства для приемки сбрасываемой среды. Прижатие золотника (2) к посадочному месту осуществляется за счет разности давлений в этих устройствах над и под золотником (2).
При открытии управляющего импульсного клапана 1 или 2, или импульсного электромагнитного клапана пар из камеры «В» по линии разгрузки срабатывается в приемочном устройстве и в камере «В» устанавливается его давление, но так как площадь поршня (3) больше площади золотника (2), на рабочий орган клапана будет действовать результирующая сила, пропорциональная разности давлений защищаемого и приемочного устройств, и разности площадей поршня (3) и золотника (2), направленная вверх. Таким образом, рабочий орган движется вверх, клапан открывается.
Управляющие импульсные клапаны 1 и 2 в рабочем состоянии закрыты под действием пружины (4) и дополнительной силы прижатия, создаваемой электромагнитом (5). Импульсные клапаны 1 и 2 состоят из полнопроходного предохранительного клапана с пружиной (4) и управляющего элемента, выполненных в одном корпусе. При превышении давления уставки срабатывает датчик и отключает питание электромагнитов. При этом снимается дополнительное усилие, прижимающее конус (6) клапана, и клапан остается прижатым к седлу под действием пружины (4). При дальнейшем росте давления конус (6) поднимается вверх и открывает доступ пара в камеру «С» под отсечной плитой (7) управляющего элемента. Отсечная плита (7) поднимается вместе с золотником (9) управляющего элемента и открывает линию разгрузки (10) основного клапана. Основной клапан открывается.
Импульсный электромагнитный клапан снабжен электромагнитом, действующим только на открытие клапана (на закрытие действует пружина), т. е. его можно дистанционно открывать. При нормальной эксплуатации он закрыт, закрытое положение обеспечивается действием пружины и давлением среды защищаемого устройства. При увеличении давления более установленного, срабатывает датчик и подается питание на электромагнит открытия, он открывается, и открывается основной клапан.
При снижении давления в защищаемом устройстве менее требуемого срабатывает датчик, снимается питание с электромагнитного клапана, он закрывается и закрывается основной клапан. В импульсных предохранительных клапанах 1 и 2 при снижении давления в защищаемом устройстве менее требуемого клапан (6) под действием пружины (4) садится в седло, давление в камере «С» падает и отсечная плита (7) с золотником (9) возвращается в исходное положение, перекрывая линию разгрузки (10).
В данном ИПУ импульсные предохранительные клапаны 1 и 2, а также импульсный электромагнитный клапан дублируют, как бы «подстраховывают» друг друга, они настраиваются на разные давления срабатывания и используют различные принципы работы, разные каналы измерения давления, чтобы исключить возможность несрабатывания по любой причине основного предохранительного клапана.
Более того, на чрезвычайно важном оборудовании, например на оборудовании первого контура АЭС, таких устройств часто устанавливается несколько, например три — два контрольных, одно основное. Это делают для пространственного разделения предохранительных устройств и дополнительного их дублирования[1][3].
Одной из разновидностей импульсных предохранительных устройств являются клапаны, в которых вся необходимая нагрузка на золотник главного клапана создаётся посторонней энергией, например сжатым воздухом высокого давления. Воздух из системы высокого давления, подаваемый на поршень главного клапана через пилотное устройство, создает необходимое усилие для закрытия клапана и обеспечения требуемой степени герметичности. При достижении в системе давления срабатывания воздух при помощи пилотного устройства автоматически сбрасывается и клапан открывается[1].
- ↑ 1 2 3 4 Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник. Под общей редакцией С. И. Косых. Л.: Машиностроение, 1982.
- ↑ Трубопроводная арматура. Справочное пособие. Д. Ф. Гуревич — Л.: Машиностроение, 1981.
- ↑ Технологические системы реакторного отделения. БАЭС: ЦПП, 2000.
Переключающие устройства предохранительных клапанов. В наличии
Переключающие устройства предохранительных клапанов
Созданы переключающие устройства предохранительных клапанов для синхронизации отключения одной регулирующей арматуры и подключения другой. Это позволяет смешивать потоки или изменять их изначальное направление на противоположное, обслуживать и ремонтировать клапаны без остановки трубопровода или технологических процессов предприятия.
Назначение устройства
Изначально переключающие устройства предохранительных клапанов решают две основные задачи:
- непрерывность технологического цикла;
- изменение характеристик потоков внутри технологического цикла.
Другими словами, использование двух синхронизированных цепной передачей переключающих устройств позволит производить следующие действия:
- смешивать и разделять потоки рабочих сред;
- изменять направление потоков на противоположное;
ремонтировать и обслуживать один из предохранительных кранов внутри блока БПК.
Применяются устройства переключения клапанов в следующих отраслях народного хозяйства:
- химическая и нефтехимическая промышленность;
- переработка углеводородов и хлора, производство аммиака;
- энергетические объекты;
- добыча и транспортировка нефти и ее фракций, продуктов, газа природного и попутного;
- химически опасные и взрывоопасные производства и объекты, хранящие или использующие токсичные и горючие вещества.
Чаще всего используются переключающие устройства в управляемых вручную технологических процессах. Однако имеется возможность полной автоматизации технологического цикла.
Конструкция устройства ППК
Фактически переключающие устройства предохранительных клапанов, в свою очередь, тоже являются запорно-регулировочной арматурой, относящейся к категории клапанов. Существует несколько вариантов конструкции устройств переключения ППК. Наиболее популярна продукция Благовещенского завода БАЗ, имеющая следующие конструктивные особенности:
- корпус – собран из тройника и двух отводов сваркой или фланцами;
- затворный узел – седла из колец и золотник конической формы;
- привод – не выдвижной шпиндель со штурвалом;
- уплотнение – сальникового типа, реже сильфон.
Шпиндель расположен вдоль корпуса тройника, поэтому выходит из корпуса на радиусном скруглении одного отвода. Из-за крайне низкой информативности не выдвижного шпинделя о положении золотника внутри седла запорного узла в конструкцию добавлен ползунок, исправляющий это неудобство.
Предохранительные клапаны имеют два отверстия в корпусе – вход и выход. Поэтому переключающие устройства в блоках предохранительных клапанов всегда используются попарно. Одна арматура монтируется на входе, вторая на выходе, а для синхронизации управления штурвалами переключающих устройств необходимо строго определенное их положение в пространстве.
Поэтому размеры и геометрия переключающих устройств индивидуальны для каждого типоразмера предохранительного клапана. Синхронизируются штурвалы карданной или цепной передачей. Второй тип редуктора удобнее, достаточно смонтировать на шпинделях звездочки, чтобы связать арматуру в общую систему.
Реже используются переключающие устройства в виде трехходовых кранов, шаровых кранов, установленных соосно, со смещенными на 120 градусов затворными узлами. Основной проблемой остается большое усилие перекладки затвора при высоком номинальном давлении внутри системы. Поэтому в затворе изготавливаются разгрузочные сквозные каналы.
Принцип действия устройства ППК
В штатном режиме переключающие устройства предохранительных клапанов открывают доступ рабочей среды к обоим клапанам. Для этого золотник устанавливается в среднее положение, которое видно по аналогичному расположению ползунка. Каждый из клапанов в этот момент находится в рабочем состоянии, сбрасывает избыточное давление в момент его появления в системе.
Во время ТО арматуры, ремонта и профилактики требуется отсечь доступ рабочей среды во внутренние полости одного клапана из двух. Для этого штурвалом усилие вращения передается на шток, который превращает его в поступательное движение золотника. Весь поток подается во входной патрубок одного предохранительного клапана, второй можно демонтировать, чинить или проводить профилактику.
За счет синхронизации цепью/карданом штурвал второго переключающего устройства выполняет аналогичные действия на выходе предохранительных клапанов, отсекая один из них.
В силу конструктивных особенностей блоков предохранительных клапанов с переключающими устройствами их проектирование и реализация имеет смысл только при выполнении основного условия. Эксплуатационный ресурс переключающих устройств должен быть гораздо выше, чем у клапанов. Если устройства ППК придется ремонтировать чаще, чем предохранительные клапаны, вместо экономии эксплуатационного бюджета заказчик получит перерасход средств.
Фактически при использовании переключающих устройств создается байпасная система следующего типа:
- горизонтально расположенное устройство переключения с вертикальным впускным патрубком;
- на его выходные патрубки вертикально установлены основной и резервный предохранительный клапан;
- их выходные патрубки обвязаны вторым горизонтально расположенным, но развернутым на 90 градусов в вертикальной плоскости переключающим устройством;
- штурвалы устройств переключения связаны карданной или цепной передачей для синхронизации их вращения.
Производители выпускают устройства переключения с резьбовым и фланцевым присоединением диаметром 25 – 300 мм.
Разновидности ППК
переключающие устройства предохранительных клапанов
Характеристики устройства ППК
Изготавливаются переключающие устройства предохранительных клапанов по стандартам ТУ 3742-005-97965425 от 2007 года. По умолчанию устройства ППК имеют следующие эксплуатационные характеристики:
- диаметр номинальный DN 25 – 300 мм;
- рабочее давление PN 0,6 – 16 МПа;
- температурный диапазон среды – от +538°С до -196°С;
- конструкционный материал – нержавейка, сталь углеродистая, легированная, жаропрочная, нержавеющая со специальными свойствами;
- управление – ручное, дистанционное
- привод – ручной, электрический;
- синхронизация штурвалов – карданная или цепная передача;
- присоединение – фланцы, резьба.
По требованию заказчика переключающие устройства предохранительных клапанов комплектуются разрывными мембранами, деталями из высокопрочных сталей под номинальное давление 420 МПа включительно.
Существуют модификации блоков предохранительных клапанов ЕММ-3 с блокираторами для технологических систем и обвязки резервуаров, где последовательность отключения арматуры заранее известна.
Преимущества переключающего устройства
В защитных системах технологических линий и магистральных трубопроводах переключающие устройства предохранительных клапанов изначально обеспечивают ряд преимуществ:
- герметичность затворного узла увеличена за счет конической поверхности золотника;
- усилие затяжки штурвала снижено;
- всего одна прокладка между двумя корпусными деталями;
- золотник рассчитан на давление больше 200 МПа, имеет механизм центровки;
- поток можно смешивать, перенаправлять и разделять, не останавливая магистраль;
- о положении золотника информирует специальный индикатор;
По умолчанию герметичность затворного узла обеспечивается производителями переключающих устройств класса А в соответствии с ГОСТ 9544-05. В исполнении 1 арматура выдерживает 0,6 или 1,6 МПа, исполнение 2 предназначено для эксплуатационных режимов 4 МПа, а исполнение 7 для давления 6,3 МПа и 16 МПа. Размеры присоединительных элементов и уплотнений соответствуют ГОСТ 12815.
Сильфон вместо сальникового уплотнения позволяет вдвое повысить ресурс не выдвижного штока, контактирующего с агрессивной средой.
Более детальные консультации наши клиенты получают от персонально закрепленных за ними эксперта нашей компании.
Клапаны предохранительные — Варк
Присоединение к трубопроводу фланцевое. По заказу Потребителя исполнение фланцев может быть любым в соответствии с ГОСТ Р 54432-2011.
По умолчанию исполнения фланцев выполняются:
- PN16 – исполнение В, ряд 1 на входе и выходе клапана;
- PN 40 – исполнение E, F, ряд 1 на входе и исполнение B, ряд 1 на выходе клапана;
- PN 63, 100, 160 – исполнение J, ряд 1 на входе и исполнение E, ряд 1 на выходе клапана.
Давление настройки (Рн) – наибольшее избыточное давление на входе в клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивается заданная герметичность затвора.
Давление настройки клапанов при направлении сброса в систему без противодавления принимается равным расчетному давлению.
Давление настройки клапанов при направлении сброса в систему с противодавлением принимается меньшим на значение расчетного противодавления.
Направление подачи среды в клапане предохранительном – под золотник (по стрелке на корпусе). Усилие сжатой пружины прижимает золотник к седлу. При превышении давления рабочей среды сверх установленной величины, на золотник действует противоположно направленная сила, которая сжимает пружину и открывает проход для сброса рабочей среды. После снижения давления перед клапаном до установленного предела (давление закрытия Рз не менее 0,8 Рн), золотник под действием усилия пружины вновь прижимается к седлу, прекращая сброс среды. Давление начала открытия Рно – давление на входе в клапан, при котором начинается подъем золотника и соответственно открытие клапана. Регулировку клапана на давление начала открытия завод-изготовитель производит без противодавления на выходе клапана (сброс испытательной среды при этом происходит в атмосферу).
При заказе потребитель должен указать давление начала открытия Рно, на которое необходимо настроить клапан, учитывая действие противодавления (если оно имеется в системе на выходе из клапана предохранительного).
Клапаны СППКР имеют устройство для ручного открывания (подрыва) для проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии и продувки клапана, клапаны СППК не имеют устройства для ручного открывания (подрыва).
Клапаны предохранительные могут иметь конструкцию с сильфоном – механизмом уравновешенного типа, компенсирующим действие противодавления на выходе из клапана. Сильфон также защищает пружину клапана от вредного воздействия рабочей среды, повышенной и пониженной температур рабочей среды.
Рабочее положение клапана предохранительного – вертикальное (колпаком вверх).
Пилотные предохранительные клапаны производства НПО «Регулятор»: Инновации в действии
Пилотные предохранительные клапаны производства НПО «Регулятор»: Инновации в действии
В 3-м выпуске журнала «Вестник арматуростроителя» вышла статья М.В. Волкова, начальника КБ предохранительной арматуры
Требования, предъявляемые к предохранительной трубопроводной арматуре, сейчас очень высоки. Ощущается серьёзная конкуренция со стороны иностранных производителей. НПО «Регулятор» постоянно ведёт работу по поиску лучших решений для заказчика различных типов арматуры, разрабатывает новые типы устройств, позволяющие оптимизировать работу оборудования и получать лучшие характеристики. Являясь лидером в части проведения научно-исследовательских работ в области трубопроводной арматуры, НПО «Регулятор» становится центром компетенций для наиболее сложных типов арматуры – регулирующей, предохранительной, то есть тех, где расчёты показателей арматуры наиболее сложны.
Принцип работы и краткая методика расчёта работоспособности подрывных клапанов прямого действия
Импульсные предохранительные клапаны с пилотным управлением предназначены для предотвращения повышения давления в трубопроводе или в сосуде под давлением выше определенного значения. В отличие от классических пружинных клапанов в импульсном золотник садится на седло под действием давления самой среды, а не пружины. Это позволяет создавать предохранительные клапаны с диаметром седла равным номинальному диаметру, что позволяет увеличить пропускную способность устройства. Из-за отсутствия пружины клапаны с импульсным управлением имеют габариты как минимум на 20% меньше, а в некоторых случаях эта цифра достигает 80%.
Пилотные предохранительные клапаны прямого действия, производимые НПО «Регулятор», разделяются на два типа по принципу работы – подрывные и перепускные. Первые обеспечивают быстрое и полное открытие за доли секунды, вторые имеют пропорциональное открытие, т.е. чем выше превышение давления относительно установочного, тем выше подъем золотника.
Рассмотрим работу пилотного предохранительного клапана подрывного типа. Цикл работы клапана разбивается на три части. Вначале давление во входном патрубке ниже давления начала открытия и оно переходит из него под колпак через пилот, а так как цилиндр по площади больше диаметра седла, то вектор силы направлен на закрытие, при этом перепускной затвор пилота открыт, а выпускной закрыт. На второй стадии давление во входном патрубке повышается выше давления начала открытия. В результате перепускной затвор пилота закрывается, отсекая входной патрубок от полости цилиндра, и открывается выпускной затвор пилота, что приводит к уменьшению давления в цилиндре и вектор силы изменяется на открытие. По достижении давления закрытия перепускной затвор пилота открывается, а выпускной закрывается. Среда вновь поступает в полость над колпаком и основной клапан закрывается.
При расчёте подрывного пилотного клапана необходимо согласовать работу двух устройств: пилота и основного клапана. Рассмотрим расчётную схему на рисунке 1.
Для расчёта необходимо соблюсти условие работоспособности
, (1)
– сила на поршень от динамического действия среды при давлении закрытия (нами принят 0,95 от давления настройки), находится методом конечных элементов, Р_(н.о) — давление начала открытия, S_1 — площадь седла основного клапана.
Конструкция выпускного затвора пилота должна обеспечивать падение давления до уровня обеспечения открытия золотника основного клапана. Это давление найдём по формуле:
, (2) где P_закрытия — давление закрытия выпускного затвора пилота, F_поршня — сила, действующая на золотник снизу от среды, S_2 — площадь поршня
Далее рассмотрим равновесие золотника пилота. Снизу на него действует сила от динамического действия среды и сила от давления среды в перепускном затворе, а сверху сила пружины. Таким образом, имеем уравнение равновесия:
, (3)
где F(P_закрытия) — сила от динамического действия среды, F^∆P- сила от давления среды в перепускном затворе, F_пруж^ — сила пружины
Сила от давления среды в перепускном затворе находится по формуле:
, (4)
где P_н — давление настройки, P_закрытия — давление закрытия пилота, S_3 — площадь перепускного затвора
Если левая часть равенства (3) больше нуля, то уменьшается давление закрытия, если меньше нуля, то не происходит открытия основного клапана при срабатывании пилота, если равно нулю, то клапан открывается при давлении начала открытия и закрывается при давлении закрытия по проекту. Выполнение равенства (3) достигается изменением геометрии золотника выпускного затвора, которая даёт изменение силы от динамического действия среды, данная сила находится методом конечных элементов. Важным условием также является больший по сравнению с выпускным диаметр перепускного седла.
Несмотря на относительную сложность расчётов и производства этих клапанов, их преимущества по сравнению с пружинными неоспоримы, и в будущем пилотные клапаны НПО «Регулятор» станут достойной заменой пружинным.
Максим Витальевич Волков,
к. т. н., начальник конструкторского бюро предохранительной арматуры
НПО «Регулятор».
Клапан пружинный предохранительный СППК
Клапаны предохранительные пружинные предназначены для защиты оборудования от недопустимого превышения установленного давления. Применяются в резервуарах, котлах, емкостях, сосудах и трубопроводах для автоматического сброса рабочей среды в атмосферу или отводящий трубопровод. После снижения давления до нужного предела предохранительный клапан прекращает сброс среды.
Клапаны предохранительные пружинные прямого действия, направление подачи среды – под золотник. Усилие сжатой пружины прижимает золотник к седлу, при превышении давления рабочей среды сверх установленной величины, на золотник действует противоположно направленная сила, которая сжимает пружину и открывает проход для сброса рабочей среды. После снижения давления перед клапаном до давления закрытия, золотник под действием усилия пружины вновь прижимается к седлу, сброс среды прекращается.
Принцип действия.
При повышении давления среды перед клапаном до давления сверх установленного золотник перемещается вверх, сжимая пружину и открывает проходное сечение клапана. Происходит сброс среды. При понижении давления перед клапаном до давления закрытия Рз золотник под действием усилия пружины закрывает проходное сечение и сброс среды прекращается.
Параметры оборудования
Класс изготовления арматуры (по давлению): PN 16 до PN 160 кгс/см2 (1,6 – 16 Мпа)
Диаметр фланцев: DN 50 до DN 200 мм;
Температура жидкости: – 60 +600 ° С
Строительная длинна: ГОСТ 16587-71
Стандарты исполнения фланцев: ГОСТ 12815-80
Присоединение: фланцевое, под приварку
Управление: ручное
Тип производства: литой/кованный
Материалы: углеродистая, легированная и нержавеющая сталь
Отрасли применения клапанов
- химическая промышленность;
- нефтехимическая промышленность;
- энергетическая промышленность;
- металлургическая промышленность;
- газовая промышленность.
Процессы применения затворов дисковых
- для сепарации воздуха;
- применение на газовых трубопроводах;
- в процессах добычи и переработки нефти;
- на электростанциях;
- в процессах добычи и транспортировки природного газа;
- в системах водоснабжения.
Основные среды для клапанов
- жидкая и газообразная химическая или нефтяная рабочая среда.
Преимущества
- длительный срок эксплуатации;
- соответствие санитарно-гигиеническим (экологическим) стандартам по выбросам в атмосферу;
- простота в обращении и обслуживании.
Показатели надежности и долговечности
- Средний срок службы – не менее 10 лет.
- Средний ресурс – не менее 830 циклов.
- Средняя наработка на отказ – не менее 180 циклов.
Присоединительные размеры и размеры уплотнительных поверхностей по ГОСТ 12815-80.
- для входного фланца на Py 1,6 МПа (16 кгс/см2) – исполнение 1, ряд 2;
- на Py 4,0 МПа (40,0 кгс/см2) – исполнение 3, рад 2;
- на Py 6,3 МПа ( 63 кгс/см2) – исполнение 7, рад 2;
- на Py 16 МПа (160 кгс/см2) – исполнение 7, рад 2;
- для входного фланца на Py 1,6 МПа (16,0 кгс/см2) и Py 4,0 МПа (40,0 кгс/см2) – исполнение 1, ряд 2;
- на Py 6,3 МПа (63,0 кгс/см2) – исполнение 2 или 3, ряд 2;
- на Py 16,0 МПа (160 кгс/см2) – исполнение 2 или 3, ряд 2.
Основные референции
Клапаны широко поставляются на различные предприятия РФ и СНГ, дополнительный референс-лист предоставляется по запросу.
Материалы основных деталей клапанов предохранительных.
| № | Наименование детали | 17с… | 17лс… | 17нж… | 28нж… |
| Климатическое исполнение | |||||
| У1 | ХЛ1 | УХЛ1 | УХЛ1 | ||
| 1 | Корпус | Сталь 20Л | 20ГЛ | 12Х18Н9ТЛ | 12Х18Н12МЗТЛ |
| 2 | Крышка | Сталь 20 | 09Г2С | 12Х18Н9Т | 10Х17Н13МЗТ |
| 3 | Седло | 30X13 | 12Х18Н9Т или 30X13 | 12Х18Н9Т | 10X17h23M3T |
| 4 | Золотник | 30X13 | 12Х18Н9Т или 30X13 | 12Х18Н9Т | 10X17h23M3T |
| 5 | Шток | 30X13 | 12Х18Н9Т или 30X13 | 12Х18Н9Т | 14Х17Н2 |
| 6 | Гайка | Сталь 25 | 20ХНЗА | 12Х18Н9Т | 10X17h23M3T |
| 7 | Шпилька | Сталь 35 | 20ХНЗА | 12Х18Н9Т | 10X17h23M3T |
| 8 | Пружина | 50ХФА | 50ХФА | 50ХФА | 50ХФА |
| 9 | Сильфон | – | 08Х18Н10Т | 08Х18Н10Т | 10Х17Н13М2Т |
Рабочее давление в зависимости от температуры среды и материала корпуса
| Материал корпуса | Ру, кгс/см2 | Температур, ОС | ||||||||||||
| 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 425 | 435 | 450 | 480 | 520 | 560 | 590 | 600 | ||
| Рабочее давление, кгс/см2 | ||||||||||||||
| Сталь 20 | 16 | 16 | 14 | 12 | 11 | 9 | 8 | 7 | 6 | |||||
| 40 | 40 | 35 | 30 | 26 | 23 | 20 | 18 | 15 | ||||||
| 64 | 64 | 54 | 48 | 40 | 37 | 32 | 28 | 24 | ||||||
| 100 | 100 | 90 | 75 | 66 | 58 | 50 | 45 | 39 | ||||||
| 160 | 160 | 140 | 120 | 110 | 90 | 80 | 70 | 59 | ||||||
| Сталь 12Х18Н9ТЛ | 16 | 16 | – | 14 | – | 12 | – | – | – | 11 | 9 | 8 | 7 | 6 |
| 40 | 40 | – | 35 | – | 30 | – | – | – | 26 | 23 | 20 | 18 | 17 | |
| 64 | 64 | – | 54 | – | 48 | – | – | – | 40 | 37 | 32 | 28 | 25 | |
| 100 | 100 | – | 90 | – | 75 | – | – | – | 66 | 58 | 50 | 45 | 43 | |
| 160 | 160 | – | 140 | – | 120 | – | – | – | 110 | 90 | 80 | 70 | 65 | |
Показатели назначения клапанов предохранительных
| Наименование параметра | 17с | 17лс | 17нж | 28нж |
| Климатическое исполнение | ||||
| У1 | ХЛ1 | УХЛ1 | УХЛ1 | |
| Рабочие среды | Вода, воздух, пар, аммиак, природный газ, нефть, нефтепродукты, жидкие и газообразные углеводороды и другие среды, не агрессивные к стали 20Л. Скорость коррозии стали не более 0,1 мм/год | Вода, воздух, пар, аммиак, природный газ влажный, нефтепродукты, жидкие и газообразные нефтехимические продукты и другие среды, скорость коррозии стали 20Xh4Л, 20ГЛ в которых не более 0,1 мм/год | Вода, воздух, пар, аммиак, природный газ влажный, нефтепродукты, среды, содержащие сероводород*, жидкие и газообразные углеводороды, нефтехимические среды и другие среды, скорость коррозии стали 12Х18Н9ТЛ в которых не более 0,1 мм/год | Высокосернистый природный газ, нефтепродукты с повышенным содержанием сероводорода, сероводород (парциальное давление H2S>0,34 кПа). Другие среды, скорость коррозии стали 12X18Н12МЗТЛ в которых не более 0,1 мм/год |
| Температура рабочей среды | От -40°С до +425°С | От -60°С до +425°С | От -60°С до +600°С | -60°С до +100°С |
| Условия эксплуатации ГОСТ 15150 | У1.Т1 | ХЛ1 | УХЛ1 | УХЛ1 |
| Минимальная температура окружающего воздуха | -40°С | -60°С | -60°С | -60°С |
Как получить предложение
Мы рассчитаем и подберем для Вас клапаны предохранительные. Для правильного выбора нам необходимо получить от Вас заполненный опросный лист, который Вы можете скачать ниже.
Наиболее правильный и эффективный выбор арматуры возможен при предоставлении подробных данных о месте установки, данных о процессе, в котором будут работать, о старой арматуре, их марках и о проблемах с которыми сталкивались при работе с ними. На основе этой информации мы сможем предложить надежную арматуру, которая прослужит долго!
За дополнительными вопросами и консультациями можно обращаться к ООО «Промхимтех». Кроме того, возможно проведение ремонта, модернизации оборудования и переоборудование в соответствии с требованиями Ростехнадзора РФ. Более подробно о данных процедурах Вы можете прочитать в разделе “Сервис и запасные части”
Телефон: 8 800 250-01-54 или заказать звонок
Skype: zakaz.skype, E-mail: [email protected]
